chp5-1-CPU的功能和組成1

1第五章中央處理器返回2第五章中央處理器5.1CPU功能和組成5.2指令周期5.3時序產生器5.4微程序控制器及其設計5.5硬布線控制器及其設計5.6傳統(tǒng)CPU5.7流水CPU5.8RISC的CPU5.9多媒體CPU35.1CPU的功能和組成1、CPU的功能指令控制（程序的順序控制）操作控制（一條指令有若干操作信號實現(xiàn)）時間控制（指令各個操作實施時間的定時）數據加工（算術運算和邏輯運算）42、CPU的基本組成（1）中央處理器CPU=運算器+控制器（2）控制器控制器的主要功能：指令的獲取指令的譯碼或測試，并產生相應的操作控制信號控制數據流動方向控制器的組成：程序計數器、指令寄存器、指令譯碼器、時序發(fā)生器、操作控制器等52、CPU的基本組成RD/WRLDDRLDIRLDPCLDARPC+16CPU的主要寄存器通用寄存器：累加寄存器(AC)暫存器地址緩沖寄存器(AR)、數據緩沖寄存器(DR)指令寄存器(IR)程序計數器(PC)程序狀態(tài)寄存器(PSW)

2、CPU的基本組成7CPU的主要寄存器地址寄存器、數據緩沖寄存器中轉站補償速度差別2、CPU的基本組成8CPU的主要寄存器程序計數器PC(ProgrammingCounter)用來存放正在執(zhí)行的指令的地址或接著將要執(zhí)行的下一條指令的地址順序執(zhí)行時，每執(zhí)行一條指令，PC的值應加1轉移類指令將轉移目標地址送往PC，可實現(xiàn)程序轉移指令寄存器IR(InstructionRegister)用來存放從存儲器中取出的待執(zhí)行的指令在執(zhí)行該指令的過程中，指令寄存器的內容不允許發(fā)生變化，以保證實現(xiàn)指令的全部功能2、CPU的基本組成9CPU的主要寄存器程序狀態(tài)字寄存器（PSW）

NZVPC0非負非零無溢出奇數個1無進位1負數零溢出偶數個1有進位2、CPU的基本組成102、CPU的基本組成指令譯碼器ID(InstructionDecoder)

指令中的操作碼經譯碼后才能識別出是一條怎樣的指令譯碼器經過對指令進行分析和解釋，產生相應的控制信號地址形成部件

根據指令的不同尋址方式，用來形成操作數的有效地址指令流向的控制，即下條指令地址的形成控制112、CPU的基本組成時序產生器機器周期、工作節(jié)拍、脈沖及啟?？刂凭€路

由脈沖源產生一定頻率的脈沖信號作為整個機器的時鐘脈沖微操作信號發(fā)生器

根據指令部件提供的操作信號、時序部件提供的時序信號、被控制功能部件所反饋的狀態(tài)及條件綜合形成真正控制各部件工作的微操作信號123、時序產生器時序產生器：提供定時和時序信號時序產生器的作用：CPU中的控制器用它指揮機器的工作CPU可以用時序信號/周期信息來辨認從內存中取出的是指令（取指）還是數據（執(zhí)行）一個CPU周期中時鐘脈沖對CPU的動作有嚴格的約束操作控制器發(fā)出的各種信號是時間（時序信號）和空間（部件操作信號）的函數133、時序產生器三級時序系統(tǒng)機器周期：指令執(zhí)行過程中相對獨立的階段節(jié)拍：組成機器周期的時間區(qū)間時鐘脈沖：時序系統(tǒng)的基本定時信號143、時序產生器微程序控制器，節(jié)拍—脈沖二級體制153、時序產生器時序信號產生器的構成時鐘源環(huán)形脈沖發(fā)生器節(jié)拍脈沖和

讀寫時序譯碼邏輯啟?？刂七壿?63、時序產生器脈沖發(fā)生器173、時序產生器時序信號的產生183、時序產生器環(huán)形脈沖發(fā)生器193、時序產生器觸發(fā)器D為電位輸入端，CP（ClockPulse）為脈沖輸入端R,S為電位輸入端特性方程如下D=0時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置0D=1時，CP上升沿到來時，D觸發(fā)器狀態(tài)置1<=1=1=0=0=1203、時序產生器環(huán)形脈沖發(fā)生器CPU發(fā)出總清信號CLR，使得觸發(fā)器C4置1，門3打開；門3使得C1-3清001C4、C1-3：1000213、時序產生器環(huán)形脈沖發(fā)生器經過延遲，C4翻轉(1→0)；C1-3：10010C4、C1-3：01000100223、時序產生器環(huán)形脈沖發(fā)生器經過延遲，C1-3依次變?yōu)椋?10、11110C4、C1-3：0110、01110110C3使得C4置1，門3打開，C1-3：000233、時序產生器環(huán)形脈沖發(fā)生器C4C1C2C3Φ243、時序產生器節(jié)拍脈沖的譯碼邏輯（一個CPU周期包含4個等間隔的節(jié)拍脈沖）25263、時序產生器控制器的控制方式控制不同操作序列時序信號的方法分類同步控制方式異步控制方式聯(lián)合控制方式27同步控制方式：各個操作由統(tǒng)一的時序信號進行同步控制完全統(tǒng)一的機器周期執(zhí)行各種不同的指令采用不定長機器周期(延長機器周期)中央控制與局部控制的結合異步控制方式：無統(tǒng)一周期、節(jié)拍，各個操作間采用應答方式銜接聯(lián)合控制方式：功能部件內部采用同步方式，在功能部件之間采用異步方式3、時序產生器284、操作控制器根據微操作信號發(fā)生器的組成方式不同，控制器可分為：組合邏輯型（硬布線控制器）組合邏輯控制器，微操作信號發(fā)生器由門電路組成存儲邏輯型（微程序控制器）微程序控制器，把微操作信號代碼化，存入控制存儲器中組合邏輯與存儲邏輯結合型PLA控制器294、操作控制器硬布線控制器采用組合邏輯技術實，其控制信號形成部件是由門電路組成的復雜樹形網絡組合邏輯控制器的最大優(yōu)點是速度快，但是控制信號形成部件的結構不規(guī)整，使得設計、調試、維修較困難，難以實現(xiàn)設計自動化304、操作控制器微程序控制器

采用存儲邏輯來實現(xiàn)，即把微操作信號代碼化，使每條機器指令轉化成為一段微程序并存入控制存儲器（CM）中，控制信號由微指令產生具有設計規(guī)整、調試、維修以及更改、擴充指令方便的優(yōu)點，易于實現(xiàn)自動化設計，已成為當前控制器的主流。但是指令執(zhí)行速度比組合邏輯控制器慢組合邏輯和存儲邏輯結合型

PLA控制器，吸收了前兩種的設計思想31控制器的組成框圖微操作控制信號形成部件程序計數器地址形成部件指令譯碼器時序信號發(fā)生器程序狀態(tài)寄存器啟停電路